Генератор. Трансформатор. Производство и передача электроэнергии.




На сегодняшний день энергия остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать. Трудно представить существование современной цивилизации без электроэнергии. Если в нашей квартире отключается свет хотя бы на несколько минут, то мы уже испытываем многочисленные неудобства. А что произойдет при отключении электроэнергии на несколько часов!

Электроэнергетика как отрасль хозяйства объединяет процесс генерирования, передачи, трансформации и потребления электроэнергии. Электрический ток – основной источник электроэнергии. Вот почему так важно представлять физические основы получения, передачи и использования переменного электрического тока.

Электрическая энергия имеет ряд преимуществ перед другими видами энергии:

1. Электроэнергию можно передавать на большие расстояния.

2. Электроэнергию можно получить из любого вида энергии.

3. Электроэнергию легко перевести в другие виды энергии

Объединение электростанций в единую энергетическую систему позволяет с наибольшим экономическим эффектом использовать имеющие электроэнергоресурсы на огромной территории.

Большая часть электростанций объединена в Единую энергосистему с целью передачи энергии.

ЕЭС предусматривает:

1. Надёжное обеспечение энергией.

2. Покрытие “пиковых” нагрузок.

3. Использовать разницу во времени на территории России (на одной территории ночь и минимум потребления энергии, а на другой день и пик потребления).

Единственный недостаток: электроэнергию нельзя накапливать.

Электрический ток вырабатывается в генераторах – устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую.

К генераторам относятся: гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи и т.п. Преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы переменного тока. В них механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции.

В настоящее время имеется много различных типов индукционных генераторов, но все они состоят из одних и тех же основных частей смотри рисунок. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле. Во-вторых, обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС (в рассматриваемой модели генератора это вращающаяся рамка).

Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, - в пазах другого. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим для увеличения потока магнитной индукции.

В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. Для того чтобы подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь, ротор снабжается контактными кольцами. Неподвижные пластины - щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока, расположенном на том же валу (в настоящее время постоянный ток в обмотку ротора подают из статорной обмотки этого же генератора через выпрямитель).

Электрический ток не получил бы такого широкого применения, если бы его нельзя было преобразовать почти без потерь.

Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз без потерь, осуществляется с помощью т рансформаторов. Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. Русским ученым П.Н. Яблочковым.

Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из стального сердечника замкнутой формы, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная.

Первичная обмотка подсоединяется к источнику переменного тока, поэтому в ней возникает ток, создающий в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Φ1, который практически без рассеяния циркулирует по замкнутому магнитному сердечнику и, следовательно, пронизывает все витки первичной и вторичной обмоток. В режиме холостого хода, то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность.

Ситуация резко изменяется, когда в цепь вторичной обмотки включается сопротивление нагрузки Rн (нагруженный трансформатор), и в ней возникает переменный ток. Теперь полный магнитный поток в сердечнике создается обоими токами. Но согласно правилу Ленца магнитный поток, создаваемый индуцированным во вторичной обмотке током, направлен навстречу потоку, создаваемому током в первичной обмотке:

Φ = Φ1 – Φ2.

Трансформаторы характеризуются коэффициентом трансформации:

, где U1, U2 – действующие значения напряжений в первичной и вторичной обмотке трансформатора, а n1, n2 – число витков в обмотках (соответственно).

При K > 1 трансформатор называется повышающим, при K < 1 – понижающим.

Рассмотрим следующую задачу: поселок потребляет электрическую мощность в среднем 120 кВт от электростанции, расположенной в 10 км. Полное сопротивление линии электропередачи равно 0,40 Ом. Следует определить потери мощности при напряжении на линии: а) 240 В; б) 24 000 В.

Решение

а) Если передать мощность 120 кВт при напряжении 240 В, то сила тока в линии составит

Потери мощности в линии достигнут

Свыше 80% общей мощности будет теряться в линии выделяться в виде тепла. то] б) При U = 24 000 В,

Потери мощности составят:

Меньше 1% общей мощности будет теряться в линии, если энергию передавать высоким напряжением.

Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400–500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток частотой 50 Гц.

На рисунке представлена схема линии передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. Схема дает представление об использовании трансформаторов при передаче электроэнергии.

Важным источником энергии являются электростанции.

Виды электростанций Доля вырабатываемой энергии Сырье КПД География электростанций
ТЭС 66-68 % Уголь, газ, мазут, торф 40 % Оренбургская обл., Ставропольский край, Рязанская, Костромская, Новосибирская, Ростовская обл., Хабаровский край, Нижегородская, Тверская, Саратовская, Волгоградская, Ленинградская обл., Приморский край и Якутия*
ГЭС 17-18 % Вода равнинных и горных рек. Движение воды во время приливов и отливов. 80 % Саяно-Шушенская(6400 МВт) Красноярская (6000 МВт) Иркутская Волгоградская Братская Бурейская
АЭС 14-15 % Ядерное топливо (плутоний и уран). При расходе 1 кг урана образуется энергии как при сгорании 2500 кг угля. 35 % Кольская – Полярные Зори Ленинградская–Сосновый бор Калининская – Уромля Курская – Курчатов Балаковская Смоленская – Десногорск Белоярская – Заречный

Самостоятельная работа:

Подготовить доклад по одной из следующим тем:

- Достоинства, недостатки и перспективы развития ТЭС;

- Достоинства, недостатки и перспективы развития ГЭС;

- Достоинства, недостатки и перспективы развития АЭС;

- Достоинства, недостатки и перспективы развития солнечных электростанций;

- Достоинства, недостатки и перспективы развития геотермальных электростанций;

- Достоинства, недостатки и перспективы развития ветряных электростанций.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2021-04-24 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: